本发明属于新材料制备
技术领域：
，具体涉及一种石墨烯复合材料及其制备方法。
背景技术：
：石墨烯，是从石墨材料中剥离出来的一种单层碳原子，它是以石墨键紧密堆积成二维蜂窝状的晶格结构，因此只有一个碳原子的厚度。石墨烯即是最薄的材料，也是最强韧的材料，其断裂强度比最好的钢材还要高200倍，同时它又具有很好的弹性，拉伸幅度能够达到自身尺寸的20％。由于石墨烯的高力学性能、高导热性能和低热膨胀性能，被认为是一种非常有前途的增强体。但石墨烯在基体材料中的分散性比较差，且石墨烯的片与片之间范德华力较大，很容易出现团聚现象，使其难溶于水及其它常用的有机溶剂，进而限制了石墨烯的进一步研究与应用。中国专利cn104805323a公开了一种石墨烯/钛复合材料及其制备方法，制备方法包括如下步骤：1)将氧化石墨烯加入水中，混合并进行超声分散，得澄清的氧化石墨烯溶液；2)去除钛粉表面的氧化膜；3)将去除表面氧化膜的钛粉加入所得氧化石墨烯溶液中，得氧化石墨烯/钛混合溶液；4)将配制好的石墨烯/钛混合溶液进行超声分散，然后进行球磨，球磨后将所得混合液进行冷冻干燥，得混合粉末；5)将混合粉末充分研磨，然后进行电场激活压力辅助烧结，冷却得所述石墨烯/钛复合材料。但该发明制备的石墨烯/钛复合材料的强度及耐腐蚀性能不佳，并且分散性较差，与水及有机溶剂的相溶性较弱。中国专利cn105349846a公开了一种石墨烯/铝复合材料的制备方法，具体步骤如下：将氧化石墨烯粉末在醇溶液中均匀分散，经乳化、超声后，制得氧化石墨烯醇溶液；在搅拌下缓慢加入铝粉，控制温度不高于室温，搅拌速度在100～1000转/分钟，搅拌时长在1～5小时，得到含有铝粉的氧化石墨烯均匀醇溶液；经过滤、离心工艺进行固液分离，分离后的膏状固体经冷冻干燥工艺处理后，得到氧化石墨烯/铝复合干燥粉末；将干燥粉末在ar/h2混合气氛下进行热还原，最终制得石墨烯/铝复合材料。但本发明制备的石墨烯/铝复合材料的强度不佳，分散性能较差。技术实现要素：本发明针对上述问题，提供一种石墨烯复合材料及其制备方法，具体步骤如下：步骤s10，利用凝胶-溶胶法制备高分散的纳米二氧化钛粒子；步骤s20，将石墨烯粉末放入到醇溶液中进行超声处理；步骤s30，在搅拌的状态下向石墨烯醇溶液中加入纳米二氧化钛粒子，混合0.5～5小时；步骤s40，将步骤s30得到的混合物进行离心分离，得到二氧化钛改性石墨烯粉末，清洗后放入到真空烘箱中干燥得到石墨烯复合材料；进一步的，所述高分散纳米二氧化钛的制备方法包括：步骤s11，将钛酸四丁酯加入到无水乙醇中，保持搅拌；步骤s12，加入催化剂硝酸，继续搅拌15～20小时；步骤s13，将胶体溶液进行真空干燥得到纳米二氧化钛粒子。进一步的，对高分散的纳米二氧化钛粒子表面引入苯胺单体，使其化学氧化聚合，形成聚苯胺/二氧化钛复合材料；进一步的，，经纳米二氧化钛粒子改性后的石墨烯与所述聚苯胺/二氧化钛复合材料进行复合；进一步的，所述聚苯胺/二氧化钛复合材料的制备步骤包括：步骤s10，将步骤s10得到的纳米二氧化钛粒子分散到去离子水中形成二氧化钛溶胶；步骤s20，搅拌下将苯胺逐滴加入到二氧化钛溶液中，继续搅拌1小时；步骤s30，逐滴加入过硫酸铵的盐酸溶液，继续搅拌20～26小时；步骤s40，清洗除去苯胺单体及其他杂质后，进行真空干燥处理，得到聚苯胺/二氧化钛粉末。进一步的，纳米二氧化钛粒子改性后的石墨烯与聚苯胺/二氧化钛复合材料进行复合的步骤为，将改性石墨烯粉末、聚苯胺/二氧化钛加入到醇溶液中，超声振荡使其分散均匀，放到混合机中继续搅拌，得到的物料经过滤后进行真空干燥得到石墨烯复合材料。进一步的，所述真空干燥的温度为50～80℃。进一步的，所述清洗为用乙醇和去离子水交替清洗。进一步的，将真空干燥后的纳米二氧化钛粒子、聚苯胺/二氧化钛复合材料和石墨烯复合材料进行球磨，球磨机的转速为50～100r/min，球磨混合0.5～1.0小时；进一步的，聚苯胺/二氧化钛复合材料的制备过程中，苯胺溶度为0.004mol/l，苯胺与二氧化钛的质量比为1:1.2。本发明的优点是：1.将高分散的纳米二氧化钛粒子与石墨烯进行复合提高石墨烯材料的分散性，扩大其在电化学电池方面的应用；2.聚苯胺/二氧化钛复合材料与石墨烯的进一步复合，提高石墨烯材料的导电性，并降低其阻抗，提升其电化学性能；3.本发明的制备方法简单，操作流程简洁，生产成本低，适合大范围推广，可进一步加快石墨烯材料的应用。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照具体实施方式，对本发明作进一步详细的说明。具体实施方式以下结合实施例对本发明进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。实施例1一种石墨烯复合材料及其制备方法，具体步骤如下：步骤s10，利用凝胶-溶胶法制备高分散的纳米二氧化钛粒子：步骤s11，将钛酸四丁酯加入到无水乙醇中，保持搅拌；步骤s12，加入催化剂硝酸，继续搅拌18小时；步骤s13，将胶体溶液进行真空干燥，控制真空干燥的温度为80℃，得到纳米二氧化钛粒子；步骤s14，纳米二氧化钛粒子进行球磨，球磨机的转速为50r/min，球磨混合0.5小时；步骤s20，对高分散的纳米二氧化钛粒子表面引入苯胺单体，使其化学氧化聚合，形成聚苯胺/二氧化钛复合材料，聚苯胺/二氧化钛复合材料的制备步骤：步骤s21，将步骤s10得到的纳米二氧化钛粒子分散到去离子水中形成二氧化钛溶胶；步骤s22，搅拌下将苯胺逐滴加入到二氧化钛溶液中，苯胺溶度为0.004mol/l，苯胺与二氧化钛的质量比为1:1.2，继续搅拌1小时；步骤s23，逐滴加入过硫酸铵的盐酸溶液，继续搅拌23小时；步骤s24，乙醇和去离子水交替清洗除去苯胺单体及其他杂质后，进行真空干燥处理，控制真空干燥的温度为50℃，得到聚苯胺/二氧化钛粒子；步骤s25，聚苯胺/二氧化钛粒子进行球磨，球磨机的转速为50r/min，球磨混合0.5小时；步骤s30，将石墨烯粉末放入到醇溶液中进行超声处理；步骤s40，在搅拌的状态下向石墨烯醇溶液中加入纳米二氧化钛粒子，混合3小时；步骤s50，将步骤s40得到的混合物进行离心分离，得到二氧化钛改性石墨烯粉末，清洗后放入到真空烘箱中干燥得到改性石墨烯复合材料；步骤s60，经纳米二氧化钛粒子改性后的石墨烯与所述聚苯胺/二氧化钛复合材料进行复合：将改性石墨烯粉末、聚苯胺/二氧化钛加入到醇溶液中，超声振荡使其分散均匀，放到混合机中继续搅拌，得到的物料经过滤后进行真空干燥，控制真空干燥的温度为70℃，再将其进行球磨，球磨机的转速为50r/min，球磨混合0.5小时，得到石墨烯复合材料。实施例2一种石墨烯复合材料及其制备方法，具体步骤如下：步骤s10，利用凝胶-溶胶法制备高分散的纳米二氧化钛粒子：步骤s11，将钛酸四丁酯加入到无水乙醇中，保持搅拌；步骤s12，加入催化剂硝酸，继续搅拌20小时；步骤s13，将胶体溶液进行真空干燥，控制真空干燥的温度为80℃，得到纳米二氧化钛粒子；步骤s14，纳米二氧化钛粒子进行球磨，球磨机的转速为50r/min，球磨混合0.5小时；步骤s20，对高分散的纳米二氧化钛粒子表面引入苯胺单体，使其化学氧化聚合，形成聚苯胺/二氧化钛复合材料，聚苯胺/二氧化钛复合材料的制备步骤：步骤s21，将步骤s10得到的纳米二氧化钛粒子分散到去离子水中形成二氧化钛溶胶；步骤s22，搅拌下将苯胺逐滴加入到二氧化钛溶液中，苯胺溶度为0.004mol/l，苯胺与二氧化钛的质量比为1:1.2，继续搅拌1小时；步骤s23，逐滴加入过硫酸铵的盐酸溶液，继续搅拌20小时；步骤s24，乙醇和去离子水交替清洗除去苯胺单体及其他杂质后，进行真空干燥处理，控制真空干燥的温度为50℃；步骤s25，干燥后的聚苯胺/二氧化钛粒子进行球磨，球磨机的转速为50r/min，球磨混合0.5小时，得到聚苯胺/二氧化钛粉末；步骤s30，将石墨烯粉末放入到醇溶液中进行超声处理；步骤s40，经纳米二氧化钛粒子改性后的石墨烯与所述聚苯胺/二氧化钛复合材料进行复合：将石墨烯粉末、聚苯胺/二氧化钛加入到醇溶液中，超声振荡使其分散均匀，放到混合机中继续搅拌，得到的物料经过滤后进行真空干燥，控制真空干燥的温度为70℃，再将其进行球磨，球磨机的转速为50r/min，球磨混合0.5小时，得到石墨烯复合材料。实施例3一种石墨烯复合材料及其制备方法，具体步骤如下：步骤s10，利用凝胶-溶胶法制备高分散的纳米二氧化钛粒子：步骤s11，将钛酸四丁酯加入到无水乙醇中，保持搅拌；步骤s12，加入催化剂硝酸，继续搅拌15小时；步骤s13，将胶体溶液进行真空干燥，控制真空干燥的温度为80℃，得到纳米二氧化钛粒子；步骤s14，纳米二氧化钛粒子进行球磨，球磨机的转速为50r/min，球磨混合0.5小时；步骤s20，对高分散的纳米二氧化钛粒子表面引入苯胺单体，使其化学氧化聚合，形成聚苯胺/二氧化钛复合材料，聚苯胺/二氧化钛复合材料的制备步骤：步骤s21，将步骤s10得到的纳米二氧化钛粒子分散到去离子水中形成二氧化钛溶胶；步骤s22，搅拌下将苯胺逐滴加入到二氧化钛溶液中，苯胺溶度为0.004mol/l，苯胺与二氧化钛的质量比为1:1.2，继续搅拌1小时；步骤s23，逐滴加入过硫酸铵的盐酸溶液，继续搅拌20～26小时；步骤s24，乙醇和去离子水交替清洗除去苯胺单体及其他杂质后，进行真空干燥处理，控制真空干燥的温度为50℃，得到聚苯胺/二氧化钛粒子；步骤s25，聚苯胺/二氧化钛粒子进行球磨，球磨机的转速为50r/min，球磨混合0.5小时；步骤s30，将石墨烯粉末放入到醇溶液中进行超声处理；步骤s40，在搅拌的状态下向石墨烯醇溶液中加入聚苯胺/二氧化钛复合材料，混合0.5小时；步骤s50，将步骤s40得到的混合物进行离心分离，清洗后放入到真空烘箱中干燥；步骤s60，改性后的石墨烯与所述二氧化钛复合材料进行复合：将改性石墨烯粉末、二氧化钛加入到醇溶液中，超声振荡使其分散均匀，放到混合机中继续搅拌，得到的物料经过滤后进行真空干燥，控制真空干燥的温度为70℃，再将其进行球磨，球磨机的转速为50r/min，球磨混合0.5小时，得到石墨烯复合材料。实施例4一种石墨烯复合材料及其制备方法，具体步骤如下：步骤s10，利用凝胶-溶胶法制备高分散的纳米二氧化钛粒子：步骤s11，将钛酸四丁酯加入到无水乙醇中，保持搅拌；步骤s12，加入催化剂硝酸，继续搅拌20小时；步骤s13，将胶体溶液进行真空干燥，控制真空干燥的温度为80℃，得到纳米二氧化钛粒子；步骤s14，纳米二氧化钛粒子进行球磨，球磨机的转速为50r/min，球磨混合0.5小时；步骤s20，将石墨烯粉末放入到醇溶液中进行超声处理；步骤s30，将二氧化钛加入到醇溶液中，超声振荡使其分散均匀，在搅拌的状态下向石墨烯醇溶液中加入纳米二氧化钛的醇溶液，放到混合机中继续搅拌，得到的物料经过滤后进行真空干燥，控制真空干燥的温度为70℃，再将其进行球磨，球磨机的转速为50r/min，球磨混合0.5小时，得到石墨烯复合材料。实施例5一种石墨烯复合材料及其制备方法，具体步骤如下：步骤s10，利用凝胶-溶胶法制备高分散的纳米二氧化钛粒子：步骤s11，将钛酸四丁酯加入到无水乙醇中，保持搅拌；步骤s12，加入催化剂硝酸，继续搅拌18小时；步骤s13，将胶体溶液进行真空干燥，控制真空干燥的温度为80℃，得到纳米二氧化钛粒子；步骤s14，纳米二氧化钛粒子进行球磨，球磨机的转速为50r/min，球磨混合0.5小时；步骤s20，对高分散的纳米二氧化钛粒子表面引入苯胺单体，使其化学氧化聚合，形成聚苯胺/二氧化钛复合材料，聚苯胺/二氧化钛复合材料的制备步骤：步骤s21，将步骤s10得到的纳米二氧化钛粒子分散到去离子水中形成二氧化钛溶胶；步骤s22，搅拌下将苯胺逐滴加入到二氧化钛溶液中，苯胺溶度为0.004mol/l，苯胺与二氧化钛的质量比为1:1.5，继续搅拌1小时；步骤s23，逐滴加入过硫酸铵的盐酸溶液，继续搅拌24小时；步骤s24，乙醇和去离子水交替清洗除去苯胺单体及其他杂质后，进行真空干燥处理，控制真空干燥的温度为50℃，得到聚苯胺/二氧化钛粒子；步骤s25，聚苯胺/二氧化钛粒子进行球磨，球磨机的转速为50r/min，球磨混合0.5小时；步骤s30，将石墨烯粉末放入到醇溶液中进行超声处理；步骤s40，在搅拌的状态下向石墨烯醇溶液中加入纳米二氧化钛粒子，混合5小时；步骤s50，将步骤s40得到的混合物进行离心分离，得到二氧化钛改性石墨烯粉末，清洗后放入到真空烘箱中干燥得到改性石墨烯复合材料；步骤s60，经纳米二氧化钛粒子改性后的石墨烯与所述聚苯胺/二氧化钛复合材料进行复合：将改性石墨烯粉末、聚苯胺/二氧化钛加入到醇溶液中，超声振荡使其分散均匀，放到混合机中继续搅拌，得到的物料经过滤后进行真空干燥，控制真空干燥的温度为50℃，再将其进行球磨，球磨机的转速为50r/min，球磨混合0.5小时，得到石墨烯复合材料。实验例取实施例1～5制备的石墨烯复合材料，将其分散在乙醇溶剂中，超声振荡使其均匀分散，取少量样品悬浮滴在导电玻璃上，干燥后得到坚固的膜，将其做为锂电池正极材料，以锂箔做为负极材料，电解液为六氟磷锂，并按常规工艺组装为钮扣型电池后，进行1c及10c速率的充放电测试，其结果如表一。表1实施例1～5制得的石墨烯复合材料及纯钛的充放电结果材料石墨烯片添加量(g)阻抗电容量(f/g)对比组02018实施例10.21523实施例20.21322实施例30.21624实施例40.21825实施例50.22123由表1可以看出，本发明制得的石墨烯复合材料电化学性能较好，不仅电容量有了很大提升，同时还拥有较低的组件抗阻值，可广泛应用于电极材料中，另外本发明的石墨烯复合材料制备方法简单，工艺流程易操作，适合大规模推广。以上仅为本发明的优选实施例及实验例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在发明的保护范围之内。当前第1页12